ES2831750T3 - Matriz de Butler de 3x3 y matriz de Butler de 5x6 - Google Patents

Matriz de Butler de 3x3 y matriz de Butler de 5x6 Download PDF

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Abstract

Una matriz de Butler de 5x6 que comprende matrices de Butler de 3x3, respectivamente una primera matriz de Butler de 3x3 (14) y una segunda matriz de Butler de 3x3 (15) en donde cada una de las matrices de Butler de 3x3 comprende un primer acoplador direccional (1), un segundo acoplador direccional (2) y un tercer acoplador direccional (3), donde cada acoplador direccional tiene dos extremos de entrada y dos extremos de salida, respectivamente un primer extremo de entrada, un segundo extremo de entrada, un primer extremo de salida y un segundo extremo de salida; donde los primeros extremos de entrada y los primeros extremos de salida del primer al tercer acopladores direccionales están distribuidos en los mismos primeros lados, del acoplador direccional respectivo, y los segundos extremos de entrada y los segundos extremos de salida están distribuidos en los mismos segundos lados opuestos a los primeros lados del acoplador direccional respectivo, donde el primer acoplador direccional y el tercer acoplador direccional son acopladores direccionales con igual división de energía que tienen una característica de desplazamiento de fase de 90 grados, y las energías asignadas a sus dos extremos son iguales y, respectivamente, la mitad de la energía de la señal de entrada; y el segundo acoplador direccional es un acoplador direccional con división de energía desigual que tiene una característica de desplazamiento de fase de 90 grados, las energías asignadas a sus dos extremos son respectivamente un tercio y dos tercios de la energía de la señal de entrada; el primer al tercer acoplador direccional que se configuran de modo que cuando se alimenta cualquier extremo de entrada del primero, segundo o tercer acoplador direccional, la fase de transferencia del extremo de salida del mismo en el lado opuesto se retrasa 90 grados con respecto al del otro extremo de salida del mismo lado; un primer desfasador fijo (4), un segundo desfasador fijo (5) y un tercer desfasador fijo (6); la matriz de Butler de 3x3 tiene tres puertos de entrada y tres puertos de salida, respectivamente un primer puerto de entrada (entrada1), un segundo puerto de entrada (entrada2), un tercer puerto de entrada (entrada3), un primer puerto de salida (salida1), un segundo puerto de salida (salida2) y un tercer puerto de salida (salida3); el segundo extremo de entrada (2b) del segundo acoplador direccional (2) está conectado al primer puerto de entrada (entrada1), el segundo extremo de entrada (1b) del primer acoplador direccional (1) está conectado al segundo puerto de entrada (entrada2), el primer extremo de entrada (1a) del primer acoplador direccional (1) está conectado al tercer puerto de entrada (entrada3), el primer extremo de salida (1d) del primer acoplador direccional (1) está conectado al primer extremo de entrada (3a) del tercer acoplador direccional (3) a través del primer desfasador fijo (4), el segundo extremo de salida (1c) del primer acoplador direccional (1) está conectado con el primer extremo de entrada (2a) del segundo acoplador direccional (2), el primer extremo de salida (2d) del segundo acoplador direccional (2) está conectado con el segundo extremo de entrada (3b) del tercer acoplador direccional (3), el segundo extremo de salida (2c) del segundo acoplador direccional (2) está conectado al primer puerto de salida (salida1) a través del tercer desfasador fijo (6), el segundo extremo de salida (3c) del tercer acoplador direccional (3) está conectado al segundo puerto de salida (salida2) a través del segundo desfasador fijo (5), el primer extremo de salida (3d) del tercer acoplador direccional (3) está conectado al tercer puerto de salida (salida3); la fase de transferencia del primer desfasador fijo (4) se retrasa 90 grados con respecto a la del primer extremo de entrada (2a) al primer extremo de salida (2d) del segundo acoplador direccional (2), la fase de transferencia del segundo desfasador fijo (5) se retrasa 90 grados con respecto al primer extremo de salida (3d) del tercer acoplador direccional (3) al tercer puerto de salida (salida3), y la fase de transferencia del tercer desfasador fijo (6) se retrasa 90 grados con respecto al primer extremo de salida (2d) del segundo acoplador direccional (2) al segundo puerto de salida (salida2), en donde las estructuras del primer al tercer desfasadores fijos incluyen dos λ /4 líneas de transmisión conectadas en serie y de la misma impedancia y una línea de transmisión de cortocircuito λ/4 o una línea de transmisión de circuito abierto λ/2 conectada en el punto medio de estas dos líneas de transmisión, y λ es la frecuencia central de la frecuencia de trabajo del desfasador fijo; la matriz de Butler de 5x6 que comprende además un cuarto acoplador direccional (11), un quinto acoplador direccional (12), un divisor de energía (13), un cuarto desfasador fijo (16) y un quinto desfasador fijo (17), en donde cada uno de los cuarto y quinto acopladores direccionales (11, 12) tienen dos extremos de entrada y dos extremos de salida, respectivamente un primer extremo de entrada, un segundo extremo de entrada, un primer extremo de salida y un segundo extremo de salida, el divisor de energía tiene un extremo de entrada, un primer extremo de salida y un segundo extremo de salida; la matriz de Butler de 5x6 tiene cinco puertos de entrada y seis puertos de salida, respectivamente del primero al quinto puertos de entrada (entrada11, entrada12, entrada13, entrada14, entrada15) y del primero al sexto puertos de salida (salida11, salida12, salida13, salida14, salida15); el extremo de entrada (13a) del divisor de energía (13) está conectado al primer puerto de entrada (entrada11) de la matriz de Butler de 5x6, el segundo extremo de salida (13b) del divisor de energía (13) está conectado al primer extremo de entrada (15c) de la segunda matriz de Butler de 3x3 (15), el primer extremo de salida (13c) del divisor de energía (13) está conectado al primer extremo de entrada (14c) de la primera matriz de Butler de 3x3 (14), el segundo extremo de entrada (12b) del quinto acoplador direccional (12) está conectado al segundo puerto de entrada (entrada12) de la matriz de Butler de 5x6, el primer extremo de entrada (12a) del quinto acoplador direccional (12) está conectado al tercer puerto de entrada (entrada13) de la matriz de Butler de 5x6, el segundo extremo de salida (12c) del quinto acoplador direccional (12) está conectado al segundo extremo de entrada (15b) de la segunda matriz de Butler de 3x3 (15), el primer extremo de salida (12d) del quinto acoplador direccional (12) está conectado al segundo extremo de entrada (14b) de la primera matriz de Butler de 3x3 (14) a través del quinto desfasador fijo (17), el segundo extremo de entrada (11b) del cuarto acoplador direccional (11) está conectado al cuarto puerto de entrada (entrada14) de la matriz de Butler de 5x6, el primer extremo de entrada (11a) del cuarto acoplador direccional (11) está conectado al quinto puerto de entrada (entrada15) de la matriz de Butler de 5x6, el segundo extremo de salida (11c) del cuarto acoplador direccional (11) está conectado al tercer extremo de entrada (15a) de la segunda matriz de Butler de 3x3 (15), el primer extremo de salida (11d) del cuarto acoplador direccional (11) está conectado al tercer extremo de entrada (14a) de la primera matriz de Butler de 3x3 (14) a través del cuarto desfasador fijo (16), el primer extremo de salida (15d), el segundo extremo de salida (15e) y el tercer extremo de salida (15f) de la segunda matriz de Butler de 3x3 (15) están conectados respectivamente al primer puerto de salida (salida 11), el quinto puerto de salida (salida15) y el tercer puerto de salida (salida13) de la matriz de Butler de 5x6, el primer extremo de salida (14d), el segundo extremo de salida (14c) y el tercer extremo de salida (14f) de la primera matriz de Butler de 3x3 (14) se conectan respectivamente al segundo puerto de salida (salida12), el sexto puerto de salida (salidal6) y el cuarto puerto de salida (salida14) de la matriz de Butler de 5x6; el cuarto desfasador fijo (16) es un desfasador avanzado de 30°, y el quinto desfasador fijo (17) es un desfasador avanzado de 150°.

Description

DESCRIPCIÓN
Matriz de Butler de 3x3 y matriz de Butler de 5x6
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo técnico de los componentes pasivos de microondas, y particularmente a la matriz de Butler de 5*6 usada para la red de formación de haces.
Antecedentes de la invención
Con el rápido desarrollo de la tecnología de comunicaciones móviles y el rápido aumento del negocio de comunicaciones móviles, se enfrentan problemas de fuerte interferencia de señal dentro de la zona de comunicación, capacidad de espectro insuficiente y recubrimiento de la señal. Las antenas de haz de ondas múltiples pueden generar simultáneamente patrones direccionales de haces de ondas múltiples y pueden aumentar la capacidad de la red. Además, las antenas de haz de ondas múltiples son útiles para obtener un haz de ondas estrecho y una alta ganancia y pueden disminuir la interferencia de la señal y aumentar la distancia de recubrimiento. Por lo tanto, las antenas de haz de ondas múltiples tienen amplias perspectivas de aplicación y un gran valor.
La matriz de Butler es una parte importante de las antenas de haz de ondas múltiples y es un componente clave para generar la característica de haz de ondas múltiples. Sin embargo, el Butler de la técnica anterior es de gran tamaño, de banda de frecuencia estrecha y de mayor pérdida y debe mejorarse.
El siguiente artículo de la técnica anterior de PIOVANO B y otros: "Design and Breadboarding of Wideband Nxn Butler Matrices For Multiport Amplifiers", 2 de agosto de 1993, XP010224184 describe dos tipos diferentes de matrices de Butler de banda ancha en la guía de ondas WR75, sin embargo, se diferencia de esta invención por las estructuras de desplazadores indicadas en la reivindicación 1 de esta invención.
Resumen de la invención
El objeto de la invención es proporcionar una matriz de Butler de 5x6 de tamaño pequeño, de banda de frecuencia ancha, de alto aislamiento y de rendimiento estable que tiene como objetivo las carencias de la técnica anterior.
La invención se proporciona en la nueva reivindicación 1.
Una matriz de Butler de 3*3 incluye un primer acoplador direccional, un segundo acoplador direccional, un tercer acoplador direccional, un primer desfasador fijo, un segundo desfasador fijo y un tercer desfasador fijo, donde cada acoplador direccional tiene dos extremos de entrada y dos extremos de salida, respectivamente un primer extremo de entrada, un segundo extremo de entrada, un primer extremo de salida y un segundo extremo de salida.
La matriz de Butler de 3*3 tiene tres puertos de entrada y tres puertos de salida, respectivamente un primer puerto de entrada, un segundo puerto de entrada, un tercer puerto de entrada, un primer puerto de salida, un segundo puerto de salida y un tercer puerto de salida. El segundo extremo de entrada del segundo acoplador direccional está conectado al primer puerto de entrada, el segundo extremo de entrada del primer acoplador direccional está conectado al segundo puerto de entrada, el primer extremo de entrada del primer acoplador direccional está conectado al tercer puerto de entrada, el primer extremo de salida del primer acoplador direccional está conectado al primer extremo de entrada del tercer acoplador direccional a través del primer desfasador fijo, el segundo extremo de salida del primer acoplador direccional está conectado con el primer extremo de entrada del segundo acoplador direccional, el primer extremo de salida del segundo acoplador direccional está conectado con el segundo extremo de entrada del tercer acoplador direccional, el segundo extremo de salida del segundo acoplador direccional está conectado al primer puerto de salida a través del tercer desfasador fijo, el segundo extremo de salida del tercer acoplador direccional está conectado al segundo puerto de salida a través del segundo desfasador fijo, el primer extremo de salida del tercer acoplador direccional está conectado al tercer puerto de salida.
La fase de transferencia del primer desfasador fijo se retrasa 90 grados con respecto a la del primer extremo de entrada al primer extremo de salida del segundo acoplador direccional, la fase de transferencia del segundo desfasador fijo se retrasa 90 grados con respecto a eso desde el primer extremo de salida del tercer acoplador direccional al tercer puerto de salida, y la fase de transferencia del tercer desfasador fijo se retrasa 90 grados con respecto a la del primer extremo de salida del segundo acoplador direccional al segundo puerto de salida.
Además, los primeros extremos de entrada y los primeros extremos de salida del primer al tercer acoplador direccional están distribuidos en los mismos lados, y los segundos extremos de entrada y los segundos extremos de salida están distribuidos en los mismos lados.
El primer acoplador direccional y el tercer acoplador direccional son acopladores direccionales con igual división de energía en que tiene una característica de desplazamiento de fase de 90 grados. Las energías asignadas a sus dos extremos son iguales y, respectivamente, la mitad de la energía de la señal de entrada.
El segundo acoplador direccional es un acoplador direccional con una división de energía desigual que tiene una característica de desplazamiento de fase de 90 grados. Las energías asignadas a sus dos extremos son, respectivamente, un tercio y dos tercios de la energía de la señal de entrada.
Cuando se alimenta cualquier extremo de entrada del primer, segundo o tercer acoplador direccional, la fase de transferencia del extremo de salida del mismo en el lado opuesto se retrasa 90 grados con respecto a la del otro extremo de salida del mismo lado.
Además, los acopladores direccionales primero a tercero y los desfasadores fijos primero a tercero son una estructura de microtiras o líneas de tiras.
Además, los acopladores direccionales primero a tercero son acopladores de línea ramificada o acopladores de línea acoplada.
Además, las estructuras del primer al tercer desfasadores fijos incluyen dos líneas de transmisión A/4 conectadas en serie y de la misma impedancia y una línea de transmisión de cortocircuito A/4 o una línea de transmisión de circuito abierto A/2 conectada en el punto medio de estas dos líneas de transmisión, y A es la frecuencia central de la frecuencia de trabajo del desfasador fijo.
Una matriz de Butler de 5*6 incluye una primera matriz de Butler de 3*3, una segunda matriz de Butler de 3*3, un cuarto acoplador direccional, un quinto acoplador direccional, un divisor de energía, un cuarto desfasador fijo y un quinto desfasador fijo, en donde cada acoplador direccional tiene dos extremos de entrada y dos extremos de salida, respectivamente un primer extremo de entrada, un segundo extremo de entrada, un primer extremo de salida y el segundo extremo de salida, el divisor de energía tiene un extremo de entrada, un primer extremo de salida y un segundo extremo de salida.
La matriz de Butler de 5*6 tiene cinco puertos de entrada y seis puertos de salida, respectivamente del primer al quinto puertos de entrada y del primer al sexto puertos de salida.
El extremo de entrada del divisor de energía está conectado al primer puerto de entrada de la matriz de Butler de 5*6, el segundo extremo de salida del divisor de energía está conectado al primer extremo de entrada de la segunda matriz de Butler de 3*3, el primer extremo de salida del divisor de energía está conectado al primer extremo de entrada de la primera matriz de Butler de 3*3, el segundo extremo de entrada del quinto acoplador direccional está conectado al segundo puerto de entrada de la matriz de Butler de 5*6, el primer extremo de entrada está conectado al tercer puerto de entrada de la matriz de Butler de 5*6, el segundo extremo de salida está conectado al segundo extremo de entrada de la segunda matriz de Butler de 3*3, el primer extremo de salida está conectado al segundo extremo de entrada de la primera matriz de Butler de 3x3 a través del quinto desfasador fijo, el segundo extremo de entrada del cuarto acoplador direccional está conectado al cuarto puerto de entrada de la matriz de Butler de 5*6, el primer extremo de entrada está conectado al quinto puerto de entrada de la matriz de Butler de 5x6, el segundo extremo de salida está conectado al tercer extremo de entrada de la segunda matriz de Butler de 3*3, el primer extremo de salida está conectado al tercer extremo de entrada de la primera matriz de Butler de 3*3 a través del cuarto desfasador fijo, el primer extremo de salida, el segundo extremo de salida y el tercer extremo de salida de la segunda matriz de Butler de 3*3 están conectados respectivamente al primer puerto de salida, el quinto puerto de salida y el tercer puerto de salida de la matriz de Butler de 5*6, el primer extremo de salida, el segundo extremo de salida y el tercer extremo de salida de la primera matriz de Butler de 3*3 están conectados respectivamente al segundo puerto de salida, al sexto puerto de salida y al cuarto puerto de salida de la matriz de Butler de 5*6.
El cuarto desfasador fijo es un desfasador avanzado de 30°, y el quinto desfasador fijo es un desfasador avanzado de 150°.
Además, los primeros extremos de entrada y los primeros extremos de salida del cuarto acoplador direccional y el quinto acoplador direccional están distribuidos en los mismos lados, y los segundos extremos de entrada y los segundos extremos de salida están distribuidos en los mismos lados.
El cuarto acoplador direccional y el quinto acoplador direccional son ambos acopladores direccionales con igual división de energía que tienen grados de característica de desplazamiento de fase, las energías asignadas a sus dos extremos de salida son iguales y respectivamente la mitad de la energía de la señal de entrada.
Cuando se alimenta cualquier extremo de entrada del cuarto o quinto acoplador direccional, la fase de transferencia del extremo de salida del mismo en el lado opuesto se retrasa 90 grados con respecto a la del otro extremo de salida del mismo lado.
Además, el cuarto acoplador direccional y el quinto acoplador direccional son acopladores de línea ramificada o acopladores de línea acoplada.
Además, el divisor de energía es un divisor de energía de equipo y de fase.
Se pueden conectar tres series de antenas a los puertos de salida de la matriz de Butler de 3*3 para generar tres haces de diferente orientación en los tres puertos de entrada. Se pueden conectar cinco series de antenas a los puertos de salida de la matriz de Butler de 5x6 proporcionada por la presente invención para generar cinco haces de diferente orientación en los cinco puertos de entrada. La matriz de Butler de 5*6 proporcionada en la presente invención y el ejemplo no reivindicado de la matriz de Butler de 3x3 tienen las características de tamaño pequeño, banda de frecuencia ancha, baja pérdida, alto aislamiento y rendimiento estable, llene el espacio en blanco de esquemas técnicos específicos sobre la matriz de Butler de 5*6 en la técnica anterior, y tienen amplias perspectivas de aplicación y gran valor.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista topológica de un ejemplo que no forma parte de la invención;
La Figura 2 es una vista esquemática de una estructura de microtira
La Figura 3 es una vista esquemática estructural de un segundo desfasador fijo;
La Figura 4 es un gráfico de resultados de simulación del parámetro S del ejemplo de la Figura 1;
La Figura 5 es una lista de parámetros del resultado de la simulación de la Figura 4;
La Figura 6 es una vista en planta de una quinta modalidad de la invención;
La Figura 7 es una vista esquemática de una parte de la estructura de microtira
La Figura 8 es una vista esquemática estructural de un cuarto desfasador fijo en la Figura 7;
La Figura 9 es un gráfico de resultados de simulación del parámetro S de una modalidad de la invención;
Las Figuras 10 y 11 son listas de parámetros del resultado de la simulación de la Figura 9.
Descripción detallada de la invención
Las soluciones técnicas de la presente invención se ilustrarán en detalle junto con los dibujos y realizaciones adjuntos.
Ejemplo uno
Se hace referencia a las Figuras 1 y 2. Una matriz de Butler de 3*3 comprende un primer acoplador direccional 1, un segundo acoplador direccional 2, un tercer acoplador direccional 3, un primer desfasador fijo 4, un segundo desfasador fijo 5 y un tercer desfasador fijo 6. Cada acoplador direccional tiene dos extremos de entrada y dos extremos de salida, respectivamente un primer extremo de entrada, un segundo extremo de entrada, un primer extremo de salida y un segundo extremo de salida. La matriz de Butler de 3*3 tiene tres puertos de entrada de señal, respectivamente un primer puerto de entrada entrada1, un segundo puerto de entrada entrada2 y un tercer puerto de entrada entrada3, y tiene tres puertos de salida, respectivamente un primer puerto de salida salida1, un segundo puerto de salida salida2 y un tercer puerto de salida salida3.
La relación de conexión de los componentes respectivos se muestra en la Figura 1. El segundo extremo de entrada 2b del segundo acoplador direccional 2 está conectado al primer puerto de entrada entrada! El segundo extremo de entrada 1b del primer acoplador direccional 1 está conectado al segundo puerto de entrada entrada2. El primer extremo de entrada 1a del primer acoplador direccional 1 está conectado al tercer puerto de entrada entrada3. El primer extremo de salida 1d del primer acoplador direccional 1 está conectado al primer extremo de entrada 3a del tercer acoplador direccional 3 a través del primer desfasador fijo 4. El segundo extremo de salida 1c del primer acoplador direccional 1 está conectado con el primer extremo de entrada 2a del segundo acoplador direccional 2. El primer extremo de salida 2d del segundo acoplador direccional 2 está conectado con el segundo extremo de entrada 3b del tercer acoplador direccional 3. El segundo extremo de salida 2c del segundo acoplador direccional 2 está conectado al primer puerto de salida salida1 a través del tercer desfasador fijo 6. El segundo extremo de salida 3c del tercer acoplador direccional 3 está conectado al segundo puerto de salida salida2 a través del segundo desfasador fijo 5. El primer extremo de salida 3d del tercer acoplador direccional 3 está conectado al tercer puerto de salida salida3.
Los acopladores direccionales del primero al tercero y los desfasadores fijos del primero al tercero pueden implementarse cada uno mediante el empleo de una estructura de microtira o línea de tiras. Del primero al tercer acoplador direccional y de los primeros a los terceros desfasadores fijos se implementan cada uno mediante el empleo de una estructura de microtira.
Los acopladores direccionales del primero al tercero son acopladores de línea ramificada o acopladores de línea acoplada. Con referencia a la Figura 2, los acopladores direccionales del primero al tercero se implementan todos mediante una estructura de acoplador de línea ramificada de segundo orden. Los primeros extremos de entrada y los primeros extremos de salida del primer al tercer acopladores direccionales se distribuyen en los mismos lados y los segundos extremos de entrada y los segundos extremos de salida se distribuyen en los mismos lados. Los acopladores direccionales del primero al tercero tienen características de desplazamiento de fase de 90 grados, es decir, cuando se alimenta cualquier extremo de entrada del primer, segundo o tercer acoplador direccional, la fase de transferencia del extremo de salida del mismo en el lado opuesto se retrasa 90 grados con respecto al del otro extremo de salida del mismo lado.
En particular, el primer acoplador direccional 1 es un acoplador direccional con igual división de energía que tiene una característica de desplazamiento de fase de 90 grados. Cuando se alimenta una señal desde el primer extremo de entrada 1a del primer acoplador direccional 1, la energía asignada al primer extremo de salida 1d es igual a la energía asignada al segundo extremo de salida 1c, es decir, la mitad de la energía de la señal de entrada, y la fase de salida del segundo extremo de salida 1c se retrasa 90 grados con respecto a la del primer extremo de salida 1d. De manera similar,
Cuando se alimenta una señal desde el segundo extremo de entrada 1b del primer acoplador direccional 1, la energía asignada al primer extremo de salida 1d es igual a la energía asignada al segundo extremo de salida 1c, es decir, la mitad de la energía de la señal de entrada, y la fase de salida del primer extremo de salida 1d se retrasa 90 grados con respecto a la del segundo extremo de salida 1c.
El segundo acoplador direccional 2 es un acoplador direccional con una división de energía desigual que tiene una característica de desplazamiento de fase de 90 grados. Cuando se alimenta una señal desde el primer extremo de entrada 2a del segundo acoplador direccional 2, la energía asignada al primer extremo de salida 2d es la mitad de la energía asignada al segundo extremo de salida 2c, es decir, la energía asignada al primer extremo de salida 2d es un tercio de la energía de la señal de entrada, la energía asignada al segundo extremo de salida 2c es dos tercios de la energía de la señal de entrada y la fase de salida del segundo extremo de salida 2c se retrasa 90 grados con respecto a la del primer extremo de salida 2d. De manera similar, cuando se alimenta una señal desde el segundo extremo de entrada 2b del segundo acoplador direccional 2, la energía asignada al segundo extremo de salida 2c es la mitad de la energía asignada al primer extremo de salida 2d, es decir, la energía asignada a la segunda salida el extremo 2c es un tercio de la energía de la señal de entrada, la energía asignada al primer extremo de salida 2d es dos tercios de la energía de la señal de entrada y la fase de salida del primer extremo de salida 2d se retrasa 90 grados con respecto a ese del segundo extremo de salida 2c.
El tercer acoplador direccional 3 es un acoplador direccional con igual división de energía que tiene una característica de desplazamiento de fase de 90 grados. Cuando se alimenta una señal desde el primer extremo de entrada 3a del tercer acoplador direccional 3, la energía asignada al primer extremo de salida 3d es igual a la energía asignada al segundo extremo de salida 3c, es decir, la mitad de la energía de la señal de entrada, y la fase de salida del segundo extremo de salida 3c se retrasa 90 grados con respecto a la del primer extremo de salida 3d. De manera similar, cuando se alimenta una señal desde el segundo extremo de entrada 3b del tercer acoplador direccional 3, la energía asignada al primer extremo de salida 3d es igual a la energía asignada al segundo extremo de salida 3c, es decir, la mitad de la energía de la señal de entrada, y la fase de salida del primer extremo de salida 3d se retrasa 90 grados con respecto a la del segundo extremo de salida 3c.
Además, el primer desfasador fijo 4 está ubicado entre el primer extremo de salida 1d del primer acoplador direccional 1 y el primer extremo de entrada 3a del tercer acoplador direccional 3, y la fase de transferencia del primer desfasador fijo 4 se retrasa 90 grados con respecto a la del primer extremo de entrada 2a del segundo acoplador direccional 2 al primer extremo de salida 2d. El segundo desfasador fijo 5 está ubicado entre el segundo extremo de salida 3c del tercer acoplador direccional 3 y el segundo puerto de salida salida2, y es un desfasador de retardo de 90 grados, es decir, la fase de transferencia del segundo desfasador fijo 5 se retrasa 90 grados con respecto al primer extremo de salida 3d del tercer acoplador direccional 3 al tercer puerto de salida salida3. El tercer desfasador fijo 6 se encuentra entre el segundo extremo de salida 2c del segundo acoplador direccional 2 y el primer puerto de salida salida1, y la fase de transferencia del tercer desfasador fijo 6 se retrasa 90 grados con respecto a la del primer extremo de salida 2d del segundo acoplador direccional 2 al segundo puerto de salida salida2.
Para que se obtenga la propiedad de banda ancha del desfasador, del primer al tercer desfasadores fijos son estructuras de carga de cortocircuito de un cuarto de onda. Las estructuras del primer al tercer desfasadores fijos incluyen dos líneas de transmisión A/4 interconectadas en serie y de la misma impedancia y una línea de transmisión A/4 en cortocircuito conectada en el punto medio de estas dos líneas de transmisión en paralelo con ellas.
Dado que las estructuras del primer al tercer desfasadores fijos son similares y sus principios son los mismos, el segundo desfasador fijo 5 se toma en la presente descripción sólo como un ejemplo. Con referencia a la Figura 3, se analizan la estructura y el principio del segundo desfasador fijo 5. El segundo desfasador fijo 5 está compuesto por cinco líneas de transmisión que incluyen líneas de transmisión 3c-5a, 5a-5b, 5b-5c, 5c-salida2 conectadas secuencialmente y una línea de transmisión 5b-5s conectada al punto medio de 3c-salida2, en donde las líneas de transmisión 3c-5a y 5c-salida2 son líneas de transmisión de 50 ohmios, las líneas de transmisión 5a-5b y 5b-5c tienen el mismo ancho de línea (impedancia) y la misma longitud eléctrica, ambas son A/4 (A es la frecuencia central de trabajo frecuencia del desfasador fijo), y 5b-5s tiene una línea de transmisión en cortocircuito A/4 conectada en paralelo y su terminal está en cortocircuito con el piso (no mostrado) a través de un orificio conductor 5s. En primer lugar, la fase de transferencia de la línea de transmisión 3csalida2 en la frecuencia central se retrasa 90° con respecto a la de la línea de transmisión 3d-salida3 ajustando la longitud de la línea de 3c-5a o 5c-salida2, y luego el valor de retardo de la transferencia La fase de 3c-salida2 en la frecuencia central con respecto a la de 3d-salida3 se ajusta ajustando el ancho (impedancia) de las líneas de transmisión 5a-5c y 5b-5s. La fase de transferencia de la línea de transmisión 3c-salida2 dentro de toda la frecuencia de trabajo se retrasa 90° con respecto a la línea de transmisión 3d-salida3 con el error dentro de±2° seleccionando el ancho de línea adecuado (impedancia), realizando así el diseño de banda ancha del desfasador.
El principio de trabajo es el siguiente:
Si la señal de radiofrecuencia se recibe desde el primer puerto de entrada entrada1, la señal se pasa primero a través del segundo acoplador direccional 2 y luego se divide en dos salidas después de pasar el segundo acoplador de dirección 2. La señal del primer extremo de salida 2d del segundo acoplador direccional 2 es 2/3<-90°, y la señal del segundo extremo de salida 2c es 1/3-^0°, en donde la señal 2/3-¿—90° se pasa al tercer acoplador direccional 3, y la señal 1/3-^0° se pasa al tercer desfasador fijo 6. Después que la señal 2/3-¿—90° pasa a través del tercer acoplador direccional 3, las señales del primer extremo de salida 3d y el segundo extremo de salida 3c del tercer acoplador direccional 3 son respectivamente 1/3-^-180° y 1/3-^-90° y la señal de salida del tercer puerto de salida salida3 es 1/3-^-180°. Después que la señal 1/3-^ -90° pasa a través del segundo desfasador fijo 5, la señal de salida del segundo puerto de salida salida2 es 1/3-^-180°. Después que la señal 1/3-^0° del segundo extremo de salida 2c del segundo acoplador direccional 2 pasa a través del tercer desfasador fijo 6, la señal de salida del primer puerto de salida salidal es 1/3-^-180°. Por lo tanto, si la señal se recibe desde el primer puerto de entrada entradal, las señales del primer puerto de salida salidal, el segundo puerto de salida salida2 y el tercer puerto de salida salida3 son respectivamente 1/3-^-180°, 1/3-^-180° y 1/3-^-180°, es decir, cuando se alimenta el primer puerto de entrada entrada1, las amplitudes y fases de las señales del primer al tercer puertos de salida son iguales.
Si la señal de radiofrecuencia se recibe desde el segundo puerto de entrada entrada2, la señal se pasa primero a través del primer acoplador direccional 1 y luego se divide en dos salidas después de pasar el primer acoplador de dirección 1. La señal del primer extremo de salida 1d del primer acoplador direccional 1 es 1/2•¿-90°, y la señal del segundo extremo de salida 1c es 1/2-^0°, donde la señal 1/2-^0° se pasa al segundo acoplador direccional 2 y la señal 1/2-^-90° pasa al primer desfasador fijo 4. Después que la señal 1 /2^0° pasa a través del segundo acoplador direccional 2, las señales del primer extremo de salida 2d y el segundo extremo de salida 2c del segundo acoplador direccional 2 son respectivamente 1/6-^0° y 1/3-^-90°, en donde la señal 1/6-^0° se pasa al tercer acoplador direccional 3 y la señal 1/3-^-90° pasa al tercer desfasador fijo 6. Después que la señal 1/6-^0° pasa a través del tercer acoplador direccional 3, la señal del primer extremo de salida 3d y el segundo extremo de salida 3c son respectivamente 1/12^-90° y 1/12-^0°. Después que la señal 1/12-^0o vuelve a pasar al segundo desfasador fijo 5, la señal del segundo puerto de salida salida2 es 1/12-^-90°. Después que la señal 1/3-^-90° se pasa al tercer desfasador fijo 6, la señal del primer puerto de salida salidal es M3¿~ 270°. Después que la señal 1/2-^-90° del primer extremo de salida 1d del primer acoplador direccional 1 pasa a través del primer desfasador fijo 4, la señal del primer extremo de entrada 3a del tercer acoplador direccional 3 es 1/2•¿-180°, después que la señal 1/2-¿-180° pasa a través del tercer acoplador direccional 3, el primer extremo de salida 3d y el segundo extremo de salida 3c del tercer acoplador direccional 3 son respectivamente 1/4^-180° y 1/4^-270°, después de 1/4^-270° pasa a través del segundo desfasador fijo 5, la señal del segundo puerto de salida salida2 es 1/4^-360°, la señal del segundo puerto de entrada entrada2 al segundo puerto de salida salida2 es una superposición de vectores de la señal 1/2-¿—90° y la señal 1/4^-360° y es 1/3-^-30°, la señal del segundo puerto de entrada entrada2 al tercer puerto de salida salida3 es una superposición de vectores de la señal 1/2-¿—90° y la señal 1/4^-180° y es 1/3-^-150°.
Por lo tanto, si la señal se recibe desde el segundo puerto de entrada entrada2, las señales del primer puerto de salida salidal, el segundo puerto de salida salida2 y la tercera salida salida3 son respectivamente 1/3^-270°, 1/3-^-30° y 1/3 -^-150°, es decir, cuando se alimenta el segundo puerto de entrada entrada2, las amplitudes y fases de las señales del primer al tercer puertos de salida son iguales y la diferencia de fases de energías asignadas a los puertos de salida adyacentes es -120°.
Si la señal de radiofrecuencia se recibe desde el tercer puerto de entrada entrada3, la señal se pasa primero a través del primer acoplador direccional 1 y luego se divide en dos salidas después de pasar el primer acoplador de dirección 1. La señal del primer extremo de salida 1d es 1/2-^0°, y la señal del segundo extremo de salida 1c es 1/2-¿—90°, en donde la señal 1/2-^-90° se pasa al segundo acoplador direccional 2 y la señal 1/2-^0° se pasa al primer desfasador fijo 4. Después que la señal 1/2-^-90° pasa a través del segundo acoplador direccional 2, las señales del primer extremo de salida 2d y el segundo extremo de salida 2c del segundo acoplador direccional 2 son respectivamente 1/6-^-90° y 1/3^-180°,en donde la señal 1/6-^-90° se pasa al tercer acoplador direccional 3, y la señal 1/3^-180° pasa al tercer desfasador fijo 6. Después que la señal 1/6-^-90° pasa a través del tercer acoplador direccional 3, el primer extremo de salida 3d y el segundo extremo de salida 3c del tercer acoplador direccional 3 son respectivamente 1/2-^-180°, 1/2¿~9Q°. Después que la señal 1/2-^-90° se pasa nuevamente al segundo desfasador fijo 5, la señal del segundo puerto de salida salida2 es 1/12-^-180°. Después que la señal 1/3^-180° pasa a través del tercer desfasador fijo 6, la señal del primer puerto de salida salidal es 1/3-^-360°. Después que la señal 1/2-^0° pasa a través del primer desfasador fijo 4, la señal del primer extremo de entrada 3a del tercer acoplador direccional 3 es 1/2-^-90°. Después que la señal 1/2-^-90° pasa a través del tercer acoplador direccional 3, las señales del primer extremo de salida 3d, el segundo extremo de salida 3c del tercer acoplador direccional 3 son respectivamente 1/4-^-90° y 1/4-^-180°. Después de 1/4^-180° pasa a través del segundo desfasador fijo 5, la señal del segundo puerto de salida salida2 es 1/4-^-270°. La señal del tercer puerto de entrada entrada3 al segundo puerto de salida salida2 es una superposición de vectores de la señal 1/2-^-180° y la señal 1/4-^270° y es 1/3-^-240°. La señal del tercer puerto de entrada entrada3 al tercer puerto de salida salida3 es una superposición de vectores de la señal 1/12-^-180° y la señal 1/4-^-90° y es 1/3-^-120°. Por lo tanto, si la señal se recibe desde el tercer puerto de entrada entrada3, las señales del primer puerto de salida salidal, el segundo puerto de salida salida2 y la tercera salida salida3 son respectivamente 1/3^-360°, 1/3^-240° y 1/3^-120°, es decir, cuando se alimenta el tercer puerto de entrada entrada3, las amplitudes de las señales del primer al tercer puertos de salida son iguales y la diferencia de fases de energías asignadas a los puertos de salida adyacentes es de 120°.
Las Figuras 4 y 5 son los resultados de la simulación IE3D de la Figura 1-3. Los puertos 1, 2 y 3 corresponden respectivamente al primer puerto de entrada entrada1, el segundo puerto de entrada entrada2 y el tercer puerto de entrada entrada3, y los puertos 4, 5 y 6 corresponden respectivamente al primer puerto de salida salida1, el segundo puerto de salida salida2 y el tercer puerto de salida salida3. Como se ve en las Figuras, las pérdidas de retorno de los tres puertos de haz, el primer puerto de entrada entrada1, el segundo puerto de entrada entrada2 y el tercer puerto de entrada entrada3 están más abajo de -23dB dentro de la banda de banda ancha 1710-217 MHz y los aislamientos entre el primer al tercer puertos de entrada están por encima de 26dB dentro de la frecuencia de trabajo. Cuando la señal se recibe desde el primer puerto de entrada entrada1, la diferencia de fases de los puertos de salida adyacentes del primer al tercer puertos de salida dentro de la frecuencia de trabajo en el intervalo de 0°±1°, las amplitudes están todas dentro del intervalo de -5,0±0,4 dB y las pérdidas están más abajo de 0,3 dB. Cuando la señal se recibe desde el segundo puerto de entrada entrada2, la diferencia de fases de los puertos de salida adyacentes del primero al tercer puerto de salida dentro de la frecuencia de trabajo en el intervalo de -120°±4°, las amplitudes están todas dentro del intervalo de -5,0±0,2 dB y las pérdidas están más abajo de 0,3 dB. Cuando la señal se recibe desde el tercer puerto de entrada entrada3, la diferencia de fases de los puertos de salida adyacentes del primer al tercer puerto de salida dentro de la frecuencia de trabajo en el intervalo de 120°±2°, las amplitudes están todas dentro del intervalo de - 5,05±0,4 dB y las pérdidas son inferiores a 0,3 dB.
Se pueden conectar tres series de antenas a los puertos de salida de la matriz de Butler de 3*3 para generar tres haces de diferente orientación en los tres puertos de entrada.
Primera modalidad
Con referencia a las Figuras 6 y 7, una matriz de Butler de 5*6 proporcionada por la modalidad de la invención está compuesta por un cuarto acoplador direccional 11, un quinto acoplador direccional 12, un divisor de energía 13, una primera matriz de Butler de 3*3 14, una segunda matriz de Butler 3*3 15, un cuarto desfasador fijo 16 y un quinto desfasadorfijo 17. Cada acoplador direccional tiene dos extremos de entrada y dos extremos de salida, respectivamente un primer extremo de entrada, un segundo extremo de entrada, un primer extremo de salida y el segundo extremo de salida. La matriz de Butler de 5*6 tiene cinco puertos de entrada de señal, respectivamente un primer puerto de entrada entrada11, un segundo puerto de entrada entrada12, un tercer puerto de entrada entrada13, un cuarto puerto de entrada entrada14 y un quinto puerto de entrada entrada15, y tiene seis salidas puertos, respectivamente un primer puerto de salida salida11, un segundo puerto de salida salida12, un tercer puerto de salida salida13, un cuarto puerto de salida salida14, un quinto puerto de salida, salida15 y un sexto puerto de salida salida16. El divisor de energía 13 tiene un extremo de entrada 13a, un primer extremo de salida 13c y un segundo extremo de salida 13b.
La relación de conexión de los componentes respectivos en la modalidad de la invención se muestra en la Figura 6. El extremo de entrada 13a del divisor de energía 13 está conectado al primer puerto de entrada entrada11 de la matriz de Butler de 5x6. El segundo extremo de salida 13b del divisor de energía 13 está conectado al primer extremo de entrada 15c de la segunda matriz de Butler de 3x3 15, y el primer extremo de salida 13c del divisor de energía 13 está conectado al primer extremo de entrada 14c de la primera matriz de Butler de 3x3 14. El segundo extremo de entrada 12b del quinto acoplador direccional 12 está conectado al segundo puerto de entrada entrada12 de la matriz de Butler de 5x6, el primer extremo de entrada 12a está conectado al tercer puerto de entrada13 de la matriz de Butler de 5x6, el segundo extremo de salida 12c es conectado al segundo extremo de entrada 15b de la segunda matriz de Butler de 3x3 15 y el primer extremo de salida 12d está conectado al segundo extremo de entrada 14b de la primera matriz de Butler de 3x3 14 a través del quinto desfasador fijo 17. El segundo extremo de entrada 11b del cuarto acoplador direccional 11 está conectado al cuarto puerto de entrada entrada14 de la matriz de Butler de 5x6, el primer extremo de entrada 11a está conectado al quinto puerto de entrada entrada15 de la matriz de Butler de 5x6, el segundo extremo de salida 11c está conectado al tercer extremo de entrada 15a de la segunda matriz de Butler de 3x3 15, y el primer extremo de salida 11d está conectado al tercer extremo de entrada 14a de la primera matriz de Butler de 3x3 14 a través del cuarto desfasador fijo 16. El primer extremo de salida 15d, el segundo extremo de salida 15e y el tercer extremo de salida 15f de la segunda matriz de Butler de 3x3 15 están conectados respectivamente al primer puerto de salida salida11, el quinto puerto de salida salida15 y el tercer puerto de salida salida13 de la matriz de Butler de 5x6. El primer extremo de salida 14d, el segundo extremo de salida 14c y el tercer extremo de salida 14f están conectados respectivamente al segundo puerto de salida salida12, al sexto puerto de salida salida16 y al cuarto puerto de salida salida14 de la matriz de Butler de 5x6. En particular, el cuarto acoplador direccional 11 y el quinto acoplador direccional 12 son ambos acopladores direccionales con igual división de energía que tienen una característica de desplazamiento de fase de 90 grados. Los principios de funcionamiento de los mismos son los mismos que los del primer acoplador direccional y el tercer acoplador direccional en el Ejemplo Uno y, por tanto, no se describirán. Dado que la matriz de Butler de 3x3 proporcionada por el Ejemplo Uno se emplea en la modalidad de la invención, para evitar que la vista esquemática sea demasiado complicada, la primera matriz de Butler de 3x3 14 y la segunda matriz de Butler de 3x315 se omiten en la Figura 7 y solo la estructura más abajo los nodos a, b, c, d, e y f se muestra en la Figura 6. Particularmente, en la modalidad de la invención, el cuarto acoplador direccional 11 y el quinto acoplador direccional 12 se implementan ambos mediante el empleo de acopladores de línea ramificada de amplia frecuencia. Al igual que con las estructuras del primer al tercer acopladores direccionales en el Ejemplo uno, las estructuras del cuarto acoplador direccional 11 y del quinto acoplador direccional 12 también tienen una
forma de "S",en donde los dos nodos en la parte inferior izquierda y en la parte inferior derecha son respectivamente el primer extremo de entrada y el segundo extremo de entrada, y los dos nodos en la parte superior izquierda y en la parte superior derecha son respectivamente el primer extremo de salida y el segundo extremo de salida. El divisor de energía 13 es un divisor de energía de equipo y de fase. Es decir, cuando la señal se alimenta desde el extremo de entrada 13a del divisor de energía 13, las fases de las señales del primer extremo de salida 13c y el segundo extremo de salida 13b del divisor de energía 13 son iguales y las amplitudes son iguales. En la modalidad de la invención, el divisor de energía 13 se implementa empleando una estructura de divisor de energía de 3dB Wilkinson. Además, el cuarto desfasador fijo 16 es un desfasador avanzado de 30° situado entre el primer extremo de salida 11d del cuarto acoplador direccional 11 y el tercer extremo de entrada 14a de la primera matriz de Butler de 3x3 14. El quinto desfasador fijo 17 es un desfasador avanzado de 150° situado entre el primer extremo de salida 12d del quinto acoplador direccional 12 y el segundo extremo de entrada 14b de la primera matriz de Butler de 3x3 14. En la modalidad de la invención, dado que las estructuras del cuarto desfasador fijo y el quinto desfasador fijo son similares y sus principios son los mismos, el cuarto desfasador fijo 16 se toma aquí sólo como ejemplo. Con referencia a la Figura 8, se analizan la estructura y el principio del cuarto desfasador fijo 16. El cuarto desfasador fijo 16 se compone de tres líneas de transmisión, respectivamente las líneas de transmisión 11d-16a, 16a-f y 16a-16b, en donde las líneas de transmisión 11d-16a y 16a-f son del mismo ancho de línea (impedancia) y la misma longitud eléctrica, ambas son A/4 (A es la frecuencia central de la frecuencia de trabajo del desfasador fijo), y 16a-16b es una línea de transmisión en cortocircuito A/4 conectada en paralelo y el terminal de la misma está en cortocircuito con el piso (no mostrado) a través de un orificio conductor 16s. En primer lugar, la fase de transferencia de la línea de transmisión 11d-f en la frecuencia central avanza 30° con respecto a la de la línea de transmisión 11c-e ajustando la longitud de la línea de 11c-e, y luego el valor de avance de la fase de transferencia de 11df en la frecuencia central con respecto a la de 11c-e se cambia ajustando el ancho (impedancia) de las líneas de transmisión 11d-f y 16b-16b. La fase de transferencia de la línea de transmisión 11d-f dentro de toda la frecuencia de trabajo avanza 30° con respecto a la de la línea de transmisión 11c-e con el error dentro de ±1° seleccionando un ancho de línea adecuado (impedancia) de 11d-fy las líneas de transmisión 16a-16b. Las estructuras particulares de la primera matriz de Butler de 3x3 14 y la segunda matriz de Butler de 3x3 15 son las mismas que la estructura proporcionada por el Ejemplo Uno y, por tanto, no se describirán.
Además, en la modalidad de la invención, los nodos a, b, c, d, e y f están conectados con el primer al tercer puerto de entrada de la primera matriz de Butler de 3*3 14 y del primer al tercer puerto de entrada de la segunda matriz de Butler de 3*3: 15 mediante el uso de cables de 50 ohmios (no mostrados) de la misma longitud.
El principio de funcionamiento de la modalidad de la invención es el siguiente:
Si se recibe una señal de radiofrecuencia desde el primer puerto de entrada entrada11, la señal se pasa primero a través del divisor de energía 13 y luego se divide en dos salidas después de pasar el divisor de energía 13. La señal del primer extremo de salida 13c del divisor de energía 13 es 1/2-^0°. El 1 /2^0° se pasa a la primera matriz de Butler de 3><314. Después que el 1/2-^0° pasa a través de la primera matriz de Butler de 3x3 14, las señales del segundo puerto de salida salidal2, el cuarto puerto de salida salida14 y el sexto puerto de salida salida16 de la matriz de Butler de 5x6 son respectivamente 1/6-^0°, 1/6-^0°, 1/6^0°. La señal del segundo extremo de salida 13b del divisor de energía 13 es 1/2 0°. El 1/2-^0° se pasa a la segunda matriz de Butler de 3x3 15. Después que el 1/2-^0° pasa a través de la segunda matriz de Butler de 3x3 15, las señales del primer puerto de salida salidal 1, el tercer puerto de salida salidal 3 y el quinto puerto de salida salidal 5 de la matriz de Butler de 5x6 son respectivamente 1/6-^0°, 1/6-^0°, 1/6^0°. Por lo tanto, si la señal se recibe desde el primer puerto de entrada entrada ll, las señales del primer al sexto puertos de salida son respectivamente 1/6-^0°, 1/6-^0°, 1/6-^0°, 1/6-^0°, 1/6-^0°, 1 /6^0°. Las amplitudes de las energías asignadas a los puertos de salida adyacentes son las mismas, es 1/6, y la diferencia de fases de las energías asignadas a los puertos de salida adyacentes es 0°. Si se introduce una señal de radiofrecuencia desde el segundo puerto de entrada entrada12, la señal se pasa primero a través del quinto acoplador direccional 12 y el quinto desfasador fijo 17 y luego se divide en dos salidas después de pasar a través del quinto acoplador direccional 12 y el quinto desfasador fijo 17. La señal del primer extremo de salida 12d del quinto acoplador direccional 12 es 1/2-¿-90°. Después que la señal 1/2-¿—90° pasa a través del quinto desfasador fijo 17, la señal es-^+600. La señal-^+600 se pasa a la primera matriz de Butler de 3x314. Después que la señal-^+600 pasa a través de la primera matriz de Butler de 3x3 14, las señales del segundo puerto de salida salidal2, el sexto puerto de salida salidal6 y el cuarto puerto de salida salida14 de la matriz de Butler de 5x6 son respectivamente 1/6-^+60°, 1/6-^~60°, 1/6-^~180°. La señal del segundo extremo de salida 12c del quinto acoplador direccional 12 es 1/2¿-0°. La señal 1/2-¿-0° se pasa a la segunda matriz de Butler de 3x3 15. Después que la señal 1/2 0° pasa a través de la segunda matriz de Butler de 3x3 15, las señales del primer puerto de salida salidal 1, la quinta salida salidal 5 y el tercer puerto de salida salidal 3 de la matriz de Butler de 5x6 son respectivamente 1/6-^0°, 120°, 1/6-^-240°. Por lo tanto, si la señal se recibe desde el segundo puerto de entrada entrada12, las señales del primer al sexto puertos de entrada son respectivamente 1/6-^0°, 1/6-^+60°, 1/6^-240°, 1/6-^-180°, 1/6^-120°, 1/6-^-60°. Las amplitudes de las energías asignadas a los puertos de salida adyacentes son las mismas, es de 1/6 y la diferencia de fases de las energías asignadas a los puertos de salida adyacentes es de 60°.
Si se introduce una señal de radiofrecuencia desde el tercer puerto de entrada entrada13, la señal se pasa primero a través del quinto acoplador direccional 12 y el quinto desfasador fijo 17 y luego se divide en dos salidas después de pasar a través del quinto acoplador direccional 12 y el quinto desfasador fijo 17. La señal del primer extremo de salida 12d del quinto acoplador direccional 12 es 1 /2¿-0°. Después que la señal 1/2¿-0° pasa a través del quinto desfasador fijo 17, la señal es-^1500. La señal xL+1500 se pasa a la primera matriz de Butler de 3><314. Después que la señal xL+1500 pasa a través de la primera matriz de Butler de 3x3 14, las señales del segundo puerto de salida salidal2, el sexto puerto de salida salida16 y el cuarto puerto de salida salida14 de la matriz de Butler de 5x6 son respectivamente 1/6-^+150o, M6¿-+30°, 1/6-^-90°. La señal del segundo extremo de salida 12c del quinto acoplador direccional 12 es 1/2-¿—90°. La señal 1/2-¿—90° se pasa a la segunda matriz de Butler de 3x3: 15. Después que la señal 1/2-¿—90° pasa a través de la segunda matriz de Butler de 3x3 15, las señales del primer puerto de salida salidal 1, la quinta salida salidal 5 y el tercer puerto de salida salidal 3 de la matriz de Butler de 5x6 son respectivamente 1/6-^-90°, 1/6^-210°, 1/6-^~330°. Por lo tanto, si la señal se recibe desde el tercer puerto de entrada entrada13, las señales del primer al sexto puertos de entrada son respectivamente 1/6-¿-90°, 1/6-¿+ 150°, 1/6^-330°, 1/6-¿-90°, 1/6^-210°, 1/6-¿+ 30°. Las amplitudes de las energías asignadas a los puertos de salida adyacentes son las mismas, es de 1/6 y la diferencia de fases de las energías asignadas a los puertos de salida adyacentes es de -120°.
Si se introduce una señal de radiofrecuencia desde el cuarto puerto de entrada entrada14, la señal pasa primero a través del cuarto acoplador direccional 11 y el cuarto desfasador fijo 16 y luego se divide en dos salidas después de pasar a través del cuarto acoplador direccional 11 y el cuarto desfasador fijo 16. La señal del primer extremo de salida 11d del cuarto acoplador direccional 11 es 1/2z-90°. Después que la señal 1/2z-90° pasa a través del cuarto desfasador fijo 16, la señal esz-60°. La señalz-60° se pasa a la primera matriz de Butler de 3x3 14. Después que la señalz-60° pasa a través de la primera matriz de Butler de 3x3 14, las señales del segundo puerto de salida salida12, el sexto puerto de salida salida16 y el cuarto puerto de salida salida14 de la matriz de Butler de 5x6 son respectivamente 1/6z-60°, 1/6z+60°, 1/6z+180°. La señal del segundo extremo de salida 11c del cuarto acoplador direccional 11 es 1/2z0°. La señal 1/2z0° se pasa a la segunda matriz de Butler de 3x3 15. Después que la señal 1/2z0° pasa a través de la segunda matriz de Butler de 3x3 15, las señales del primer puerto de salida salida11, la quinta salida salida15 y el tercer puerto de salida salida13 de la matriz de Butler de 5x6 son respectivamente 1/6z0°, 1/6z+120°, 1/6z+240°.
Por lo tanto, si la señal se recibe desde el cuarto puerto de entrada entrada14, las señales del primer al sexto puertos de entrada son respectivamente 1/6z0°, 1/6z-60°, 1/6z+240°, 1/6z+180°, 1/6z+120°, 1/6z-+60°. Las amplitudes de las energías asignadas a los puertos de salida adyacentes son las mismas, es de 1/6 y la diferencia de fases de las energías asignadas a los puertos de salida adyacentes es de -60°.
Si se introduce una señal de radiofrecuencia desde el quinto puerto de entrada entrada15, la señal se pasa primero a través del cuarto acoplador direccional 11 y el cuarto desfasador fijo 16 y luego se divide en dos salidas después de pasar a través del cuarto acoplador direccional 11 y el cuarto desfasador fijo 16. La señal del primer extremo de salida 11d del cuarto acoplador direccional 11 es 1/2z0°. Después que la señal 1/2z0° pasa a través del cuarto desfasador fijo 16, la señal esz+ 30°. La señalz+30° se pasa a la primera matriz de Butler de 3x3 14. Después que la señalz+30° pasa a través de la primera matriz de Butler de 3x3 14, las señales del segundo puerto de salida salida12, el sexto puerto de salida salida16 y el cuarto puerto de salida salida14 de la matriz de Butler de 5x6 son respectivamente 1/6z+30°, 1/6z+150°, 1/6z+270°. La señal del segundo extremo de salida 11c del cuarto acoplador direccional 11 es 1/2z-90°. La señal 1/2z-90° se pasa a la segunda matriz de Butler de 3x3 15. Después que la señal 1/2z-90° pasa a través de la segunda matriz de Butler de 3x3 15, las señales del primer puerto de salida salida11, la quinta salida salida15 y el tercer puerto de salida salida13 de la matriz de Butler de 5x6 son respectivamente 1/6z-90°, Í6z+30°, 1/6z+150°. Por lo tanto, si la señal se recibe desde el quinto puerto de entrada entrada15, las señales del primer al sexto puertos de entrada son respectivamente 1/6z-90°, 1/6z+30°, 1/6z+150°, 1/6z+270°, 1/6z+30°, 1/6z+150°. Las amplitudes de las energías asignadas a los puertos de salida adyacentes son las mismas, es de 1/6 y la diferencia de fases de las energías asignadas a los puertos de salida adyacentes es de 120°.
Las Figuras 9 a 11 son resultados de simulación IE3D de la modalidad de la invención. En el proceso de simulación, los cables entre los nodos a, b, c, d, e, f y el primer al tercer puertos de entrada de la primera matriz de Butler de 3x3 14 y el primer al tercer puertos de entrada de la segunda matriz de Butler de 3x3 15 se reemplazan por líneas de transmisión de 50 ohmios. Los puertos 1, 2, 3, 4, 5 corresponden respectivamente al primero al quinto puertos de entrada, y los puertos 6, 7, 8, 9, 10, 11 corresponden respectivamente al primero al sexto puertos de salida. Como se ve en las Figuras, las pérdidas de retorno de los cinco puertos de haz del primero al quinto puertos de entrada están más abajo de -22dB dentro de la banda de banda ancha 1710-217 MHz y los aislamientos entre el primero al quinto puertos de entrada están por encima de 22dB dentro de la frecuencia de trabajo. Cuando la señal se recibe desde el primer puerto de entrada entrada11, la diferencia de fases de los puertos adyacentes del primer al sexto puertos de salida dentro de la frecuencia de trabajo en el intervalo de 0°±2°, las amplitudes están todas en el intervalo de -8,1±0,5 dB y las pérdidas están más abajo a 0,5 dB. Cuando la señal se recibe desde el segundo puerto de entrada entrada12, la diferencia de fases de los puertos adjuntos del primer al sexto puertos de salida dentro de la frecuencia de trabajo en el intervalo de 60°±4,5°, las amplitudes están todas dentro del intervalo de -8,15±0,22 dB y las pérdidas están más abajo de 0,5 dB. Cuando la señal se recibe desde el tercer puerto de entrada entrada13, la diferencia de fases de los puertos adyacentes del primer al sexto puertos de salida dentro de la frecuencia de trabajo en el intervalo de -120°±2°, las amplitudes están todas dentro del intervalo de -8,16±0,2 dB y las pérdidas de 0,5 dB. Cuando la señal se recibe desde el cuarto puerto de entrada en14, la diferencia de fases de los puertos adyacentes del primer al sexto puertos de salida dentro de la frecuencia de trabajo en el intervalo de -60°±2°, las amplitudes están todas dentro del intervalo de -8,07±0,4 dB y las pérdidas están más abajo de 0,5 dB. Cuando la señal se recibe desde el quinto puerto de entrada entrada15, la diferencia de fases de los puertos adyacentes del primer al sexto puertos de salida dentro de la frecuencia de trabajo en el intervalo de 120°±2°, las amplitudes están todas dentro del intervalo de -8,22±0,52 dB y las pérdidas están más abajo de 0,5 dB.
Se pueden conectar cinco series de antenas a los puertos de salida de la matriz de Butler de 5x6 proporcionada por la modalidad de la invención para generar cinco haces de diferente orientación en los cinco puertos de entrada.
Las modalidades anteriores son solo varias modalidades de la invención. Las descripciones de las mismas son más particulares y detalladas pero no deben entenderse como limitaciones al alcance de la invención. Se observa que también se pueden realizar varias variaciones y mejoras a los conocimientos habituales en la técnica sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    Una matriz de Butler de 5x6 que comprende matrices de Butler de 3x3, respectivamente una primera matriz de Butler de 3x3 (14) y una segunda matriz de Butler de 3x3 (15) en donde cada una de las matrices de Butler de 3x3 comprende
    un primer acoplador direccional (1), un segundo acoplador direccional (2) y un tercer acoplador direccional (3), donde cada acoplador direccional tiene dos extremos de entrada y dos extremos de salida, respectivamente un primer extremo de entrada, un segundo extremo de entrada, un primer extremo de salida y un segundo extremo de salida;
    donde los primeros extremos de entrada y los primeros extremos de salida del primer al tercer acopladores direccionales están distribuidos en los mismos primeros lados, del acoplador direccional respectivo, y los segundos extremos de entrada y los segundos extremos de salida están distribuidos en los mismos segundos lados opuestos a los primeros lados del acoplador direccional respectivo, donde el primer acoplador direccional y el tercer acoplador direccional son acopladores direccionales con igual división de energía que tienen una característica de desplazamiento de fase de 90 grados, y las energías asignadas a sus dos extremos son iguales y, respectivamente, la mitad de la energía de la señal de entrada; y el segundo acoplador direccional es un acoplador direccional con división de energía desigual que tiene una característica de desplazamiento de fase de 90 grados, las energías asignadas a sus dos extremos son respectivamente un tercio y dos tercios de la energía de la señal de entrada; el primer al tercer acoplador direccional que se configuran de modo que cuando se alimenta cualquier extremo de entrada del primero, segundo o tercer acoplador direccional, la fase de transferencia del extremo de salida del mismo en el lado opuesto se retrasa 90 grados con respecto al del otro extremo de salida del mismo lado; un primer desfasador fijo (4), un segundo desfasador fijo (5) y un tercer desfasador fijo (6);
    la matriz de Butler de 3x3 tiene tres puertos de entrada y tres puertos de salida, respectivamente un primer puerto de entrada (entrada1), un segundo puerto de entrada (entrada2), un tercer puerto de entrada (entrada3), un primer puerto de salida (salida1), un segundo puerto de salida (salida2) y un tercer puerto de salida (salida3);
    el segundo extremo de entrada (2b) del segundo acoplador direccional (2) está conectado al primer puerto de entrada (entrada1), el segundo extremo de entrada (1b) del primer acoplador direccional (1) está conectado al segundo puerto de entrada (entrada2), el primer extremo de entrada (1a) del primer acoplador direccional (1) está conectado al tercer puerto de entrada (entrada3), el primer extremo de salida (1d) del primer acoplador direccional (1) está conectado al primer extremo de entrada (3a) del tercer acoplador direccional (3) a través del primer desfasador fijo (4), el segundo extremo de salida (1c) del primer acoplador direccional (1) está conectado con el primer extremo de entrada (2a) del segundo acoplador direccional (2), el primer extremo de salida (2d) del segundo acoplador direccional (2) está conectado con el segundo extremo de entrada (3b) del tercer acoplador direccional (3), el segundo extremo de salida (2c) del segundo acoplador direccional (2) está conectado al primer puerto de salida (salida1) a través del tercer desfasador fijo (6), el segundo extremo de salida (3c) del tercer acoplador direccional (3) está conectado al segundo puerto de salida (salida2) a través del segundo desfasador fijo (5), el primer extremo de salida (3d) del tercer acoplador direccional (3) está conectado al tercer puerto de salida (salida3); la fase de transferencia del primer desfasador fijo (4) se retrasa 90 grados con respecto a la del primer extremo de entrada (2a) al primer extremo de salida (2d) del segundo acoplador direccional (2), la fase de transferencia del segundo desfasador fijo (5) se retrasa 90 grados con respecto al primer extremo de salida (3d) del tercer acoplador direccional (3) al tercer puerto de salida (salida3), y la fase de transferencia del tercer desfasador fijo (6) se retrasa 90 grados con respecto al primer extremo de salida (2d) del segundo acoplador direccional (2) al segundo puerto de salida (salida2), en donde las estructuras del primer al tercer desfasadores fijos incluyen dos A/4 líneas de transmisión conectadas en serie y de la misma impedancia y una línea de transmisión de cortocircuito A/4 o una línea de transmisión de circuito abierto A/2 conectada en el punto medio de estas dos líneas de transmisión, y A es la frecuencia central de la frecuencia de trabajo del desfasador fijo;
    la matriz de Butler de 5x6 que comprende además un cuarto acoplador direccional (11), un quinto acoplador direccional (12), un divisor de energía (13), un cuarto desfasador fijo (16) y un quinto desfasador fijo (17), en donde cada uno de los cuarto y quinto acopladores direccionales (11, 12) tienen dos extremos de entrada y dos extremos de salida, respectivamente un primer extremo de entrada, un segundo extremo de entrada, un primer extremo de salida y un segundo extremo de salida, el divisor de energía tiene un extremo de entrada, un primer extremo de salida y un segundo extremo de salida;
    la matriz de Butler de 5x6 tiene cinco puertos de entrada y seis puertos de salida, respectivamente del primero al quinto puertos de entrada (entrada11, entrada12, entrada13, entrada14, entrada15) y del primero al sexto puertos de salida (salida11, salida12, salida13, salida14, salida15);
    el extremo de entrada (13a) del divisor de energía (13) está conectado al primer puerto de entrada (entrada11) de la matriz de Butler de 5x6, el segundo extremo de salida (13b) del divisor de energía (13) está conectado al primer extremo de entrada (15c) de la segunda matriz de Butler de 3x3 (15), el primer extremo de salida (13c) del divisor de energía (13) está conectado al primer extremo de entrada (14c) de la primera matriz de Butler de 3x3 (14), el segundo extremo de entrada (12b) del quinto acoplador direccional (12) está conectado al segundo puerto de entrada (entrada12) de la matriz de Butler de 5x6, el primer extremo de entrada (12a) del quinto acoplador direccional (12) está conectado al tercer puerto de entrada (entrada13) de la matriz de Butler de 5x6, el segundo extremo de salida (12c) del quinto acoplador direccional (12) está conectado al segundo extremo de entrada (15b) de la segunda matriz de Butler de 3x3 (15), el primer extremo de salida (12d) del quinto acoplador direccional (12) está conectado al segundo extremo de entrada (14b) de la primera matriz de Butler de 3x3 (14) a través del quinto desfasador fijo (17), el segundo extremo de entrada (11b) del cuarto acoplador direccional (11) está conectado al cuarto puerto de entrada (entrada14) de la matriz de Butler de 5x6, el primer extremo de entrada (11a) del cuarto acoplador direccional (11) está conectado al quinto puerto de entrada (entrada15) de la matriz de Butler de 5x6, el segundo extremo de salida (11c) del cuarto acoplador direccional (11) está conectado al tercer extremo de entrada (15a) de la segunda matriz de Butler de 3x3 (15), el primer extremo de salida (11d) del cuarto acoplador direccional (11) está conectado al tercer extremo de entrada (14a) de la primera matriz de Butler de 3x3 (14) a través del cuarto desfasadorfijo (16), el primer extremo de salida (15d), el segundo extremo de salida (15e) y el tercer extremo de salida (15f) de la segunda matriz de Butler de 3x3 (15) están conectados respectivamente al primer puerto de salida (salida 11), el quinto puerto de salida (salida15) y el tercer puerto de salida (salida13) de la matriz de Butler de 5x6, el primer extremo de salida (14d), el segundo extremo de salida (14c) y el tercer extremo de salida (14f) de la primera matriz de Butler de 3x3 (14) se conectan respectivamente al segundo puerto de salida (salida12), el sexto puerto de salida (salidal6) y el cuarto puerto de salida (salida14) de la matriz de Butler de 5x6; el cuarto desfasadorfijo (16) es un desfasador avanzado de 30°, y el quinto desfasadorfijo (17) es un desfasador avanzado de 150°.
  2. 2. La matriz de Butler de 5x6 de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los primeros extremos de entrada y los primeros extremos de salida del cuarto acoplador direccional (11) y el quinto acoplador direccional (12) están distribuidos en los mismos primeros lados del acoplador direccional respectivo y los segundos extremos de entrada y los segundos extremos de salida están distribuidos en los mismos segundos lados opuestos a los primeros lados del acoplador direccional respectivo;
    el cuarto acoplador direccional (11) y el quinto acoplador direccional (12) son ambos acopladores direccionales con igual división de energía que tienen una característica de desplazamiento de fase de 90 grados, las energías asignadas a sus dos extremos de salida son iguales y respectivamente la mitad de la energía de la señal de entrada; el cuarto y quinto acopladores direccionales que se configuran de manera que, cuando se alimenta cualquier extremo de entrada del cuarto o quinto acoplador direccional, la fase de transferencia del extremo de salida del mismo en el lado opuesto se retrasa 90 grados con respecto a la del otro extremo de salida del mismo lado.
  3. 3. La matriz de Butler de 5x6 de acuerdo la reivindicación 1, en donde el cuarto acoplador direccional (11) y el quinto acoplador direccional (12) son acopladores de línea ramificada o acopladores de línea acoplada.
  4. 4. La matriz de Butler de 5x6 de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el divisor de energía (13) es un divisor de energía de equipo y de fase.
  5. 5. La matriz de Butler de 5x6 de acuerdo con la reivindicación 1, en donde del primer al tercer acoplador direccional y el primer al tercer desfasadores fijos de la primera y segunda matrices de Butler de 3x3 tienen una estructura de microtira o línea de tira.
  6. 6. La matriz de Butler de 5x6 de acuerdo con la reivindicación 5, en donde del primer al tercer acoplador direccional de las primera y segunda matrices de Butler de 3x3 son acopladores de línea ramificada o acopladores de línea acoplada.
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